A engenharia de veículos leves exige que os fabricantes combinem componentes metálicos funcionais com leves, plásticos reforçados com fibra de carbono altamente duráveis. Os pesquisadores da Fraunhofer desenvolveram uma variedade de soluções para unir materiais tão díspares - e apresentarão sua tecnologia no Hannover Messe deste ano, de 1 a 5 de abril, 2019 usando um demonstrador de e-scooter (Salão 17, Estande C24).

Quer sejam ônibus, carros, patinetes ou bicicletas, parece certo que a eletromobilidade irá alimentar o futuro. Um dos maiores obstáculos no momento, Contudo, é como aumentar o alcance do veículo - um desafio que dependerá de tornar os veículos o mais leves possível. Quanto mais leve o veículo ou transportador, quanto mais tempo dura o armazenamento de energia. Neste domínio, Plásticos Reforçados com Fibra de Carbono, ou CFRP para breve, são o material de escolha - tão forte quanto o aço e, no entanto, cerca de oito vezes mais leve, e até três vezes mais leve do que o alumínio. A prática geral é fabricar componentes individuais, o quadro do veículo, por exemplo, usando CFRP, e, em seguida, junte-os aos componentes de metal com função usando parafusos ou adesivos. Em outras palavras, componentes que conectam extensões longas e cargas de transferência podem ser fabricados usando CFRP, enquanto o metal é reservado para os componentes funcionais e pontos de fixação para o mecanismo de direção, por exemplo.

Economia de peso de até 50 por cento

Agora, pesquisadores do Fraunhofer Research Institution for Casting, Tecnologia de Composto e Processamento IGCV no Centro de Tecnologia em Augsburg desenvolveu uma variedade de novas técnicas inovadoras para unir componentes fundidos convencionalmente com aqueles feitos de CFRP. Olhando além da tecnologia de fundição totalmente estabelecida, há muito potencial nas técnicas de manufatura modernas, como manufatura aditiva e impressão 3-D. "Combinamos as várias novas técnicas de união em um demonstrador de scooter elétrico. O objetivo é reduzir o número de pontos de fixação mecânica e simplificar o processo de união tanto quanto possível, "explica o Dr.-Ing. Daniel Günther, que chefia o projeto na Fraunhofer IGCV. "Há muito potencial na combinação de componentes de metal e CFRP, com uma economia de peso potencial de até 50 por cento, dependendo da peça. "

Técnica de fixação para unir o suporte da roda traseira

O suporte da roda traseira de uma scooter elétrica contém muitas peças essenciais para seu funcionamento e, por essa razão, é feito de metal. Para torná-lo o mais leve possível, a equipe de pesquisa produziu a peça de aço altamente durável, otimizar a topologia para que o material fique restrito apenas aos locais em que é necessário para suportar o funcionamento.

Para produzir a peça, os pesquisadores utilizaram uma técnica de manufatura aditiva que usa um feixe de laser para formar componentes a partir de um pó metálico. O suporte da roda traseira é conectado ao estribo de CFRP por meio de um sistema de parafusos - tornando-o fácil de remover e desmontar para manutenção.

Cabeçote de direção híbrido com ligação adesiva

O cabeçote de direção da scooter é um componente híbrido, com uma estrutura de base de alumínio conectada ao estribo atrás e ao guidão na frente. Esta parte da scooter está cheia de peças essenciais para o seu funcionamento, com uma extensão significativa para fazer uma ponte entre eles. O uso de peças de CFRP garante a rigidez necessária. Os dois materiais diferentes são unidos por colagem. "Em termos de carga de linha de base, assumimos uma pessoa pesando cem quilos realizando saltos com a scooter. Para suportar esse tipo de carga usando uma peça fundida de alumínio puro, você precisaria de uma grande quantidade de material para garantir rigidez suficiente, "diz Günther. Para fabricar a peça, Günther e sua equipe começaram analisando o espaço de instalação disponível. Como um princípio básico, quanto mais espaço usado, quanto maior a seção transversal do componente - e melhor sua rigidez. O material deve ser mantido o mais fino possível, Contudo, para garantir que o componente não se torne excessivamente pesado. A solução para isso é usar CFRP em combinação com metal fundido. Como uma etapa posterior, os pesquisadores calcularam a carga em vários pontos do componente. As emendas foram posicionadas com precisão nos pontos com menor carga. A rigidez é garantida graças à conformação do componente CFRP.

Sistema 'Fork':A tecnologia de união do futuro

A capacidade de carga e durabilidade do CFRP vem das fibras contidas nele. Aqui, o principal desafio está em transferir a força que atua sobre um componente para que seja absorvida por essas mesmas fibras. Além do mais, os engenheiros precisam garantir que todas as peças de metal sejam conectadas com a maior segurança possível aos componentes CFRP, sem quaisquer lacunas ou cavidades. Em resposta, os pesquisadores desenvolveram uma técnica de união completamente nova - melhor explicada dando uma olhada nos componentes envolvidos. No exemplo da scooter eletrônica, você tem uma peça cilíndrica conectada ao guidão, um componente de aço feito com uma técnica de manufatura aditiva. A parte inferior do componente possui uma placa que funciona como uma base com pequenos pinos saindo de sua superfície. Os pesquisadores então sobrepõem esta placa de base com os pré-impregnados para o componente CFRP, feito de fibras revestidas com resina sintética. Após, eles aplicam vácuo e aumentam a temperatura. A resina envolve as fibras de carbono, flui para baixo e fecha a lacuna com a placa de metal, endurecimento para formar uma ligação adesiva. Aqui, não apenas a resina adere à placa, os pinos salientes também são envolvidos e mantidos no lugar pelas fibras. Isso bloqueia os componentes e fornece uma ligação sólida - sem a necessidade de parafusos ou adesivos adicionais. “A técnica é rápida, pronto para a indústria e pode ser facilmente ampliado para produção em massa, "diz Günther.

Os pesquisadores da Fraunhofer apresentarão a e-scooter e as técnicas de junção descritas neste artigo no Hannover Messe de 1 a 5 de abril, 2019 (Hall 17, Estande C24). Para qualquer pessoa interessada, haverá a oportunidade de fazer um test drive e descobrir mais sobre o design e a fabricação de cada um dos componentes.